BMETE11MX33

Tantárgy adatok
Tárgy címe: Fizika 3
Neptun kód: BMETE11MX33
Felelős oktató: Dr. Mihály György
Felelős tanszék: Fizika Tanszék
Képzés: Mérnök oktatás
Tantárgy adatlapja: BMETE11MX33
Követelmények, Információk

Előadó: Mihály György, egyetemi tanár (TTK Fizika Tanszék)
Nyelv: magyar
Időpont, helyszín: kedd 14-16, csütörtök 14-16, F29 terem.

 

A jegyzetelést elősegítő kivonatok letölthetők az előadás címén keresztül (jelszó ismeretében). Ezeket érdemes kinyomtatni, majd az előadáson erre jegyzetelni. Az alábbi tematikában az előadás címek mellett szerepelnek a témához kapcsolódó fontosabb fogalmak, számolási gyakorlatok valamint az előadáson ismertetésre kerülő eszközök és alkalmazások. A kivonatokon csillag jelzi azokat a részletesebb levezetéseket, amelyek gondolatmenetét érdemes megérteni, de nem lesznek visszakérdezve a zárthelyiken.

 

ELŐADÁSOK

 

02.11. Elektromágneses hullámok: szuperpozíció elve; interferencia; fotoeffektus; hőmérsékleti sugárzás; foton fogalma, foton detektálásának valószínűsége, fotoemissziós spektroszkópia.

 

02.13. Lézerek: spektrumok (kísérlet); atomok gerjesztése, Einstein-egyűtthatók, indukált emisszió, optikai erősítés, lézerfény tulajdonságai, lézer alkalmazások

 

02.18. Elektronok hullámtermészete: a hullámfüggvény valószínűségi értelmezése; képalkotás és diffrakció elektronmikroszkóppal; szabad részecske hullámfüggvénye; operátorok fogalma; hullámcsomag.

 

02.20. Elektronok potenciáltérben: elektronok hullámhosszának szabályzása; elektron-hullámok keltése (Fowler-Nordheim alagúteffektus); transzmissziós és pásztázó elektronmikroszkóp (TEM és SEM), elektron-litográfia; Schrödinger-egyenlet.

 

02.25. Alagúteffektus: Alagutazás potenciálgáton keresztül, pásztázó alagútmikroszkóp (STM) detektálási árama, (SQUID), Flash-memória, kísérlet: alagútáram pont-kontaktusban, molekuláris elektronika

 

02.27. Fizikai mennyiségek várható értéke: várható értéke és szórás; határozatlansági reláció Gauss-függvényre, Ehrenfest-tétel (kapcsolat a klasszikus fizikához), szimmetriatulajdonság és megmaradási tétel

 

03.03. Operátorok alkalmazása a kvantummechanikában: felcserélési reláció; harmonikus oszcillátor; a harmonikus oszcillátorhoz kapcsolódó kvantum-jelenségek: hőmérsékleti sugárzás; fajhő, Landau-nívók, kvantum-kaszkád lézer.

 

03.05. Kristályok szerkezete, szimmetriák: Diszkrét transzlációs szimmetria, rács és reciprok rács, kristálysíkok, szimmetriaműveletek, Neumann-elv és alkalmazása

 

03.10. Röntgen-, neutron- és elektron-diffrakció: A rugalmas szórás elmélete: kristályok szerkezetének meghatározása; Ewald-szerkesztés; szinkrotron, szabad-elektron lézer.

 

03.12. Kvantummechanikai rész + kristályszerkezet összefoglalója

 

03.17. Kristályok dinamikája: rácsrezgések, lineáris lánc rezgései, a fonon fogalma, szilárd testek fajhője

 

03.19. ZH1 (14:15-16:00)

 

03.24. Nem kristályos szilárd testek: amorf anyagok; metaanyagok; kvázikristályok; Röntgen-holográfia.

 

03.26. pótZH1 (14:15-16:00)

 

03.31. Fémek szabad-elekton modellje: Sommerfeld-modell, Fermi-Dirac statisztika, termikus és mágneses tulajdonságok, Pauli-szuszceptibilitás kiszámítása, kvantum-statisztikák

 

04.02. Szilárd testek sávszerkezete: szoros kötésű közelítés, fémek és félvezetők sávszerkezete, effektív tömeg, elektron és lyukvezetés

 

04.07. Fémek - félvezetők: Sávok betöltése, elektronok-lyukak, félvezetők töltéshordozói, adalékolt félvezetők, vezetőképesség

 

04.09. Ballisztikus elektron-transzport: félvezető heteroátmenetek, tervezett tulajdonságú kétdimenziós elektrongáz, extrém nagy mobilitású elektronok, vezetőképesség kvantum, ballisztikus elektron terjedést kimutató kísérletek.

 

04.21. Mezoszkopikus és makroszkopikus elektron-transzport: Landauer-formalizmus, memrisztorok nanométeres méretskálán, Boltzmann-egyenlet, fémek vezetőképessége és optikai tulajdonságai

 

04.23. Félvezető eszközök, kvantum-pötty: MOSFET működési elve; félvezető lézer/LED/napelem; kvantum-pötty, egyelektron tranzisztor

 

04.28. Szenzorok: piezo, MEMS és mágneses szenzorok; rezgővillás kísérlet; MEMS-giroszkóp működési elve, lézeres távolságmérés, SONAR, RADAR, LIDAR, Lock in detektálás (Phase Sensitive Detection)

 

04.30. Mágnesség: atomok mágnessége, Hund-szabályok; mágneses csatolások mágnesesség rácsmodellje; egzotikus mágneses rendszerek, mágnesség mérése. 

 

05.05. Spintronika: ferromágnesség sáv-modellje; spin-szelep, GMR, STT MRAM, spin-szelep működése (Landauer-formalizmus).

 

05.07. A szilárdtest-fizika rész összefoglalója

 

05.12. Szupravezetés jelensége: zérus ellenállás, Meissner-effektus, első és másodfajú szupravezetők, fluxus-kvantálás.

 

05.14. ZH2 (14:15-16:00)

 

05.19. Szupravezető alkalmazások: Josephson-effektus, szupravezető kvantum-interferometer (SQUID); szupravezető mágnesek (CERN, MRI,NMR); magas hőmérsékletű szuparavezetők (MAGLEV).

 

05.21. Nanoelektronika: Qbit, kvantum számítógép, grafén-elektronika

 

 

SZÁMONKÉRÉS

 

Félévközi zárthelyi dolgozatok:

A félév során két zárthelyi dolgozat lesz.
ZH1 március 19 (csütörtök) és ZH2 május 14 (csütörtök).
Legfeljebb az egyik zárthelyit lehet pólással javítani, de azt esetleg kétszer is (pót és pótpót).
 

A pótzárthelyik időpontja: pótZH1 március 26 (csütörtök) 14:00-16:00, pótZH2 május 26 (kedd) 14:00-16:00.

PótpótZH (ZH1 és ZH2 együtt): június 2 (kedd), 10:00-12:00.

A pótZH és a pótpótZH eredménye felülírja az előző ZH eredményét (lehet javítani és rontani is).

 

A zárthelyi dolgozatok egyenként 40 pont felett eredményesek (a maximálisan elérhető pontszám egy zárhelyinél 100 pont).
Az aláírás feltétele mindkét ZH teljesítése, azaz külön-külön legalább 40 pont elérése.
Két sikertelen zárthelyi dolgozat esetén félévközi jegy nem szerezhető.

Megajánlott jegy:

Ha valaki a két évközi zárthelyi dolgozat mindegyikén (külön-külön) minimum 50 pontot ér el, akkor megajánlott jegyet kap.
Az előadásokon jelenléti ívet vezetünk. Azok esetében, akik a foglalkozások legalább 70%-án jelen voltak, a megajánlott jegy megállapításánál a két zárthelyi átlagához 10 pontot hozzáadunk, egyébként a zárthelyik pontszámának átlagával számolunk.
A megajánlott jegyek ponthatárai:
2 (elégséges) :  50 - 55
3 (közepes) : 55 - 70
4 (jó) : 70 - 85
5 (jeles) : 85 -
(az aláhúzott érték a jegyhez tartozó alsó határ).

A legalább 70 pontot elérőknek szóbeli vizsga lehetséges a jeles érdemjegyért (a 85 pont feletti eredményt elérők szóbeli vizsga nélkül megkapják a jeles érdemjegyet).

 

Félév végi jegy: írásbeli vizsga

 

A vizsgakérdések valamennyi előadás tartalmára kiterjednek.
Az írásbeli dolgozat értékelése:
2 (elégséges) : 40 - 55
3 (közepes) : 55 - 70
4 (jó) : 70 - 85
5 (jeles) : 85 -
(az aláhúzott érték a jegyhez tartozó alsó határ).
A legalább 70 pontot elérőknek szóbeli vizsga lehetséges a jeles érdemjegyért (a 85 pont feletti eredményt elérők szóbeli vizsga nélkül megkapják a jeles érdemjegyet).

 

 

CÉLKITŰZÉS

 

A tárgy célja a korszerű természettudományos világszemlélet kialakítása; a modellalkotási készség fejlesztése. Olyan egyetemi szintű fizikai ismeretek elsajátítása, amelyek feltétlenül szükségesek az innovatív mérnöki alkotásokhoz.

 

Ezen általános célokon belül a tantárgy további fontos célja:
- a kvantummechanika alapjainak megismertetése, a klasszikus fizika korlátainak felismerése;
- a modern anyagtudomány és a nanotechnológia alapját képező jelenségek leírása;
- a kvantummechanikai elvekre épülő eszközök és berendezések működésének bemutatása.

 

Mindez hozzájárul a villamosmérnöki szakma természettudományos hátterének a megismeréséhez, és kellő alapot nyújt a modern elektronikai eszközökben lezajló folyamatok megértéséhez

 

 

Irodalom: Geszti Tamás: Kvantummechanika, Ujsághy: A kvantummechanika alapjai